Kas sukelia dvigubos spiralės sukimąsi DNR paveikslėlyje?

Įsivaizduokite, kad turite dvi plonas sruogas, kurių kiekvienos ilgis yra maždaug 3 1/4 pėdos, kurias kartu laiko vandenį atstumiančios medžiagos fragmentai ir sudaro vieną siūlą. Dabar įsivaizduokite, kad įdėkite tą siūlą į vandens užpildytą kelių mikrometrų skersmens indą. Tai yra sąlygos, su kuriomis žmogaus DNR susiduria ląstelės branduolyje. Cheminis DNR makiažas kartu su baltymų veiksmais susuka du išorinius DNR kraštus į spiralę arba spiralę, padedančią DNR įsilieti į mažytį branduolį.

Ląstelės branduolyje DNR yra sandariai suvyniota, siūlų pavidalo molekulė. Branduolių ir DNR molekulių dydis skiriasi nuo būtybių ir ląstelių tipų. Bet kuriuo atveju vienas faktas išlieka nuoseklus: ištiesta plokščia, ląstelės DNR būtų eksponentiškai ilgesnė už jos branduolio skersmenį. Erdvės apribojimai reikalauja sukimo, kad DNR būtų kompaktiškesnė, o chemija paaiškina, kaip vyksta sukimas.

DNR yra didelė molekulė, pastatyta iš mažesnių trijų skirtingų cheminių ingredientų molekulių: cukraus, fosfato ir azoto bazių. Cukrus ir fosfatas yra ant išorinių DNR molekulės kraštų, o pagrindai yra išdėstyti tarp jų kaip kopėčių pakopos. Atsižvelgiant į tai, kad skysčiai mūsų ląstelėse yra vandens pagrindu, ši struktūra yra prasminga: cukrus ir fosfatas yra hidrofiliški arba vandenį mėgstantys, o pagrindai - hidrofobiški arba bijantys vandens.

•••„Hemera Technologies“ / „AbleStock.com“ / „Getty Images“

Dabar vietoj kopėčių pavaizduokite susuktą virvę. Posūkiai priartina virvės sruogas, palikdami tarp jų mažai vietos. DNR molekulė panašiai sukasi, kad sumažintų tarpus tarp hidrofobinių bazių viduje. Spiralinė forma neleidžia vandeniui tekėti tarp jų ir tuo pačiu palieka vietos kiekvieno cheminio ingrediento atomams sutapti, nepersidengiant ir netrukdant.

Bazių hidrofobinė reakcija nėra vienintelis cheminis įvykis, turintis įtakos DNR posūkiui. Azoto bazės, sėdinčios viena priešais kitą ant dviejų DNR grandinių, traukia viena kitą, tačiau žaidžia ir kita patraukli jėga, vadinama kaupimo jėga. Krovimo jėga pritraukia pagrindus, esančius virš ar po viena ta pačia sruoga. Hercogo universiteto mokslininkai sintetindami tik vienos bazės sudarytas DNR molekules sužinojo, kad kiekviena bazė daro skirtingą kaupimo jėgą ir taip prisideda prie DNR spiralės formos.

Kai kuriais atvejais dėl baltymų DNR sekcijos gali susisukti dar stipriau, susidarant vadinamosioms super ritėms. Pavyzdžiui, fermentai, padedantys replikuoti DNR, kelia papildomus posūkius keliaudami per DNR grandinę. Be to, atrodo, kad baltymas, vadinamas 13S kondensinu, skatina super ritinius DNR prieš pat ląstelių dalijimąsi, atskleidė 1999 m. Kalifornijos universiteto Berkeley tyrimas. Mokslininkai toliau tiria šiuos baltymus, tikėdamiesi toliau suprasti DNR dvigubos spiralės vingius.